热流道注塑模相比于传统冷流道注塑模有诸多优势,是我国模具发展的方向。热喷嘴是热流道系统的核心元件,是最靠近模具型腔的部分,它的温度场均衡与否直接影响到制品的质量。热流道云母加热器式热喷嘴的使用和研究都很少,实际生产中依靠经验设计缺乏标准,常常导致制品质量缺陷。本文针对企业使用单一热电偶反馈控温的需求,对云母加热器式热喷嘴进行试验研究找出影响热喷嘴热平衡的关键工艺参数,并通过求解准确的热边界条件,使得能够运用精确的CAE温度场分析优化这些关键工艺参数,进而让热喷嘴达到热平衡,满足制品质量要求。(1)对热喷嘴温度场进行分析,找出影响热喷嘴温度场均衡的关键工艺参数。热喷嘴采用单一热电偶反馈的控温方式,将热喷嘴的温度场研究简化为单个云母加热器所在热喷嘴区域的温度场研究,即研究“加热单元”。设计出正交实验表对影响加热单元热平衡的五个因素取四个水平进行试验。试验数据进行极差分析和方差分析后发现,影响因素的影响程度从大到小为:加热器长度、加热器功率、加热器间距、热喷嘴内径、模具温度。在选取的因素水平范围内,加热器长度越长热喷嘴温差越小;加热器功率越高温差越大;加热器间距在30mm有一个极值,温差呈现先减小后增大的趋势;热喷嘴内径越大温差越小;随着模具温度的升高热喷嘴温差先小幅下降后小幅上升趋于平稳,幅度只有2℃~3℃。(2)对热喷嘴热边界条件进行了试验研究,并求解热喷嘴求解热喷嘴温度场仿真时所需的精确热边界条件。设计一组实验证明准确的热边界条件对于仿真精度的重要性,在按照文献选取热边界条件范围中间值的情况下,仿真结果与实际值最大偏差为46.67%,后续结合ANSYS Workbench利用反求法和黄金分割法将仿真数据和实验数据进行拟合,得到了热喷嘴主体H13钢与空气的对流换热系数和辐射率,并用拉格朗日插值法计算了热边界条件的经验公式。运用该边界条件仿真的温度场与实际值误差在5%以内。设计了一组对比实验,考察热喷嘴头部材料钨钢、铍铜以及它们组合后的导热性能对于浇口温度的影响,结果显示在250℃以下时,上述材料导热性能的差异对浇口温度的影响可以忽略不计。(3)利用反求法得到的热边界条件结合ANSYS Workbench软件对热喷嘴加热单元进行参数优化。设计变量为加热器长度、加热器间距和加热器功率,运用实验设计和直接优化模块优化加热单元的最高温度和最低温度。记录符合范围的样本点参数,根据多种加热器的规格进行取整后导入ANSYS Workbench中进行二次计算,记录符合范围的最终样本点,制作加热器选型和装配表。按照选型和装配表选取的云母加热器式热喷嘴能满足制品成型质量要求。研究发现在单一热电偶反馈的控温前提下,通过保证合理的云母加热器式热喷嘴关键工艺参数即加热器的长度、功率、间距能够实现热喷嘴的热平衡,且以上工艺参数在塑料制品注塑成型温度的范围内存在合适的参数区间,可以满足不同长度的热喷嘴使用需求,确保制品质量。